Gemischhebel bzw. leanen bei modernen Fiegern

[Heimi]

Hallo,

 

habe mir mal moderne Flieger mit Kolbenmotor angesehen wie z.B. Cessna 400 oder Cirrus SR22 und Mooney Acclaim. Wenn man sich das so anguckt ist das schon High-End wie bei Airlinern. Zumindest was CFK,GFK vor allem aber die Avionik betrifft.

Die Maschinen haben ja G1000 bzw. G2000 Cockpits und alles ist voll elektronisch und teils automatisiert.

 

Was ich nun nicht verstehe ist, warum es immer noch moderne Flieger mit Gemischhebel gibt mit denen man den Motor manuell leanen muss. Das ist doch auch schon alles automatisch möglich. Warum baut man solche High-Tech Flieger mit so einer alten Technologie für Motormanagement?

Gibt ja genügend andere kleine Flugzeuge mit Kolbenmotor die das nicht mehr haben.

[Chipart]

Es hat sich bewährt und leanen geht mit Glass-Motoranzeigen und Lean-Assist in der Cirrus in Sekunden.

 

Natürlich sind FADEC-Motoren darin präziser, aber dafür auch deutlich komplexer (und daher zumindest unter Verdacht, Fehleranfälliger zu sein). Die Hoffnung, dass man damit signifikant Sprit sparen kann hat sich am Beispiel des neuen FADEC-Rotax leider auch nicht erfüllt...

 

Florian

[vic]

Hallo,

 

bei den M 14 Sternmotoren in Yaks und Sukhoi wird seit Jahrzehnten WW2 Technik fortgeführt mit Gemischregelung durch eine Barometerdose. Es gibt kein Leanen, Steigflug mit 100 % Leistung / 5 min. mit Beachtung einer max. Zyl.kopftemperatur. 10 Liter Hubraum mit 9 Zylindern, 360 bis über 400 PS. Verbrauch Cruise bei ca. 45 l, 120kt je nach Typ .

 

Vic

[Chipart]

mit Gemischregelung durch eine Barometerdose.

 

Das haben die Cirrus-Motoren auch. Dauerndes Nachstellen des Gemischs auf Grund Höhenänderungen entfällt damit.

 

Allerdings ist wechselnde Druckhöhe ja nicht der einzige Grund, warum man das Gemisch anpasst...

 

Florian

[vic]

Ja, nee, is klar. Die Ly-Co-Ming etc. verglühen beim Start, wenn nicht vollfett eingestellt wird. Diese Russenmotoren juckt das nicht und vom Benzinverbrauch her sind Lycosaurus nicht gerade beeindruckend - ob mit oder ohne Elektronik.

 

Vic

[Gast Hans Fuchs]

Ich frage mich wieder mal, wie ernst es User mit den Angaben zu ihrem Profil nehmen?

 

Es ist und war durchaus die Absicht der Forumsbetreiber, dass man sich dabei an die Wahrheit hält.

 

Hans

[vic]

Hallo Hans,

welcher User ist denn gemeint bzw. wo paßt was mit der Wahrheit nicht ?

 

Vic

[Volume]

FADEC-Rotax

Ich glaube das ist ein bischen dick aufgetragen. Der Rotax hat eine elektronische Einspritzung und Zündung, Aber die Engine Control geht per Bowdenzug als Full Pilot Authority Mechanical Engine Control... (FPAMEC ;))

Der Thielert hat eine FADEC, da bediene ich nur einen Joystick, und die ECU managed alles für mich, hat volle Autorotät und steuert digital.

 

Allerdings ist wechselnde Druckhöhe ja nicht der einzige Grund, warum man das Gemisch anpasst...

Genau. Gerade der Gemischhebel ist eines der am meisten misverstandenen Elemente des ("traditionellen") Flugmotors.

Zum einen ist es eben nicht die Druck- sondern die Dichtehöhe an die man anpassen muss, und zum anderen ist das prinzipiell inherrent in jedem Vergaser bereits integriert. Auch wenn es für "moderne" Menschen kaum vorstellbar ist, man kann auch ganz ohne Elektronik etwas exakt und zuverlässig regeln.

Rein theoretisch erzeugt der Vergaser in der Venturidüse einen dichteabhängigen Unterdruck. Wenn ich das selbe Luftvolumen mit 20% weniger Dichte durch einen Vergaser sauge, dann erzeugt er im engsten Querschnitt auch 20% weniger Unterdruck. Im Idealfalle würde er dann auch 20% weniger Sprit durch die Hauptdüse nuckeln, leider aber ist eine Hauptdüse aber einfach zu klein, um einen rein Durchflussabhängigen Widerstand zu erzeugen. Ihre Reynoldszahl ist leider in einem Bereich, in dem der "Widerstandsbeiwert" der Düse nicht konstant ist. Das Problem kann man reduzieren, indem man den Arbeitsbereich einengt, z.B. mit einem Registervergaser, oder indem man dem Benzin schon vor der Hauptdüse Luft beimengt. Da ein Flugmotor aber in sehr engen Grenzen (in den oberen 25% seiner Leistung) betrieben wird, könnte man ihn relativ gut darauf auslegen. Das die Vergaser in den heutigen Motoren 50 Jahre hinter dem Stand der Vergasertechnik herhinken, ist ein ganz anderes Thema.

Ganz unabhängig davon geht es aber nicht nur darum, das Gemisch über alle Betriebszustände und Flughöhen konstant zu halten. Bei modernen Automotoren tut man dies, um einen Katalysator zur Abgasreinigung nutzen zu können, der braucht nämlich ein Lambda extrem nahe an 1.

Wie z.B. hier gezeigt, macht es u.U. sehr viel Sinn das Gemisch eben nicht konstant zu halten. Wie das untere Diagramm zeigt, kann ich durch Variation von Lambda zwischen 1.15 ("geleant") und 0.9 ("vollfett") entweder mir 12% mehr Leistung holen, oder 11% Sprit sparen. D.h. der Gemischhebel ist eine Chance dem Motor beim Start 12% mehr Leistung zu entlocken wenn ich ihn reinschiebe, oder im Reiseflug 11% Sprit sparen indem ich den Motor perfekt leane. Im Auto war das immer egal, Sprit war billig und das letzte Bischen Leistung interessierte auch nicht. Das ist noch heute so, Schadstoffausstoß und Steuerklasse sind uns so wichtig, das wir bei modernen Motoren ein Leistungsminus beim Sprint, und ein Verbrauchsplus beim Cruisen in Kauf nehmen. (bis auf wenige Ausnahmen, mein Auto "leant" im "Reiseflug", indem es bei konstanter Fahrt irgendwann das Gemisch abmagert und die Abgasrückführung zuschaltet, das macht auf der Autobahn bei 120 km/h nochmal gut einen Liter auf 100 km aus) Ganz anders im Flugzeug, schon immer waren mehr Zuladung, Startstrecke, Steigleistung durch etwas mehr Power bzw. Zuladung (weniger Sprit nötig), Reichweite oder Endurance durch etwas weniger Verbrauch sehr wichtig. Ausserdem werden Flugmotoren ja quasistationär betrieben (d.h. je nach Flugprofil ändere ich die Leistungseinstellung nur ein paar wenige Male) und Autos hochdynamisch. Deshalb waren vor 50 Jahren die Flugmotoren schlicht besser als die Automotoren, und noch heute können sie es je nach Betriebszustand sein, wenn denn der Pilot den Gemischhebel zu bedienen weiss.

Dazu kommt, das moderne Automotoren sich auf die Lambdasonde verlassen, um die letzte Feinjustage des Gemischs vorzunehmen. Diese Möglichkeit gibt es im Flugzeug wegen dem Blei im Avgas derzeit noch nicht. (Das viele Motoren dieses Blei gar nicht bräuchten ist das eigentliche Problem im heutigen Flugzeugbau...)

Zurückkommend auf die heute ach so gute Motorentechnik im Auto: Auch die dort verbauten Bauteile (z.B. der Luftmengenmesser) sind über die weiten Bereiche der Umgebungsluft wie wir sie im Flugzeug haben nicht sehr genau, auch diese sind für einen engen Druck/Temperaturbereich ausgelegt, und werden über Kennfelder anhand der gemessenen Temperatur korrigiert. Würden wir sie im Flugzeug betreiben wollen, müssten wir deutlich mehr Aufwand treiben. Und genau das tut Rotax auch, deren Motorelektronik hat mit Automobiltechnik praktisch nichts zu tun. Das macht sie kompliziert, schwer und teuer. Und eine Menge Energie braucht sie auch noch.

Ob sich das im Vergleich zum Gemischhebel und einem Leantraining wirklich über ein Motorenleben rechnet, kann ich nicht beurteilen.

 

Gibt ja genügend andere kleine Flugzeuge mit Kolbenmotor die das nicht mehr haben.

Ja, deshalb verbrauchen die im Reiseflug ja auch mehr als ein ein gut geleanter Lycoming (bzw. als ein halber, gut geleanter Lycoming, da sie ja auch nur halb so viel Leistung haben). Bei "kleinen Flugzeugen" sollte es halt billig sein, da hat man auf das ein oder andere Extra verzichtet. Aber wie man sieht kann man das ja mit entsprechender Werbung ausgleichen. "Unser Motor hat einen Hebel weniger" klingt ja auch besser als "unser Motor verbraucht im Reiseflug 11% zu viel"

 

Gruß

Ralf

[Brufi]

Rein theoretisch erzeugt der Vergaser in der Venturidüse einen dichteabhängigen Unterdruck. Wenn ich das selbe Luftvolumen mit 20% weniger Dichte durch einen Vergaser sauge, dann erzeugt er im engsten Querschnitt auch 20% weniger Unterdruck. Im Idealfalle würde er dann auch 20% weniger Sprit durch die Hauptdüse nuckeln, leider aber ist eine Hauptdüse aber einfach zu klein, um einen rein Durchflussabhängigen Widerstand zu erzeugen. Ihre Reynoldszahl ist leider in einem Bereich, in dem der "Widerstandsbeiwert" der Düse nicht konstant ist.

Das ist teilweise korrekt, teilweise am Ziel vorbei. Es mag schon sein, dass die Durchflusszahl der Hauptdüse mit dem Durchsatz etwas ändert, weil die Durchströmung bei sehr kleinen Reynoldszahlen stattfindet. Aber das ist mitnichten der primäre Grund, weshalb ein herkömmlicher Vergaser bei ändernder Luftdichte das Treibstoff/Luft Verhältnis (Gemisch) nicht konstant halten kann.

Richtig ist:

Rein theoretisch erzeugt der Vergaser in der Venturidüse einen dichteabhängigen Unterdruck. Wenn ich das selbe Luftvolumen mit 20% weniger Dichte durch einen Vergaser sauge, dann erzeugt er im engsten Querschnitt auch 20% weniger Unterdruck. Im Idealfalle würde er dann auch 20% weniger Sprit durch die Hauptdüse nuckeln,...

Aber: Die Druckdifferenz, welche das Venturi erzeugt, treibt den Treibstoffstrom durch die Hauptdüse. Der Durchfluss durch die Düse ändert sich aber eben in erster Näherung nur mit der Wurzel des treibenden Druckgefälles und die Dichte des Treibstoffs bleibt konstant. Daraus ergibt sich bei abnehmender Luftdichte (Druck und/oder Temperatur) eine zunehmende Anfettung des Gemischs.

 

Ganz anders, wenn der Motor bei konstant bleibender Luftdichte mehr oder weniger gedrosselt wird: Die Druckdifferenz im Venturi ändert in erster Näherung mit dem Quadrat des Luftmassenstroms (Rho = const). Somit ändert auch das treibende Druckgefälle für den Treibstoffdurchfluss quadratisch mit dem Luftmassenstrom und somit der Treibstoffdurchfluss in erster Näherung linear mit dem Luftmassenstrom.

 

Gruss

Philipp